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JP2000176315A - Cone stack centrifugal separator - Google Patents

Cone stack centrifugal separator

Info

Publication number
JP2000176315A
JP2000176315A JP11351005A JP35100599A JP2000176315A JP 2000176315 A JP2000176315 A JP 2000176315A JP 11351005 A JP11351005 A JP 11351005A JP 35100599 A JP35100599 A JP 35100599A JP 2000176315 A JP2000176315 A JP 2000176315A
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JP
Japan
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cone
passage
rotor
turbine
jet
Prior art date
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Application number
JP11351005A
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Japanese (ja)
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JP3585795B2 (en
Inventor
Peter K Herman
ピーター・ケイ・ハーマン
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Cummins Filtration Inc
Original Assignee
Fleetguard Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JP3585795B2 publication Critical patent/JP3585795B2/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B9/00Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/06Fluid drive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B1/00Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B04B1/08Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of conical shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/005Centrifugal separators or filters for fluid circulation systems, e.g. for lubricant oil circulation systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/10Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters
    • F01M2001/1028Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters characterised by the type of purification
    • F01M2001/1035Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters characterised by the type of purification comprising centrifugal filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422Separating oil and gas with a centrifuge device

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cone stack centrifugal separator for separating liquid. SOLUTION: A cone stack assembly 25 is attached to a shaft central tube 23 and a liquid inlet 82, a first passage 83 and second passages 84, 85 are formed to a base assembly. A bearing device 35 is positioned between a rotor hub 24 and the shaft central tube 23 and an impulse turbine wheel is attached to the rotor hub. Jet stream nozzles 27, 28 apply rotary motion to the cone stack assembly 25 and the liquid of the jet stream nozzles enters a cone stack centrifugal separator from a liquid inlet. The same liquid inlet provides the liquid passed through the cone stack assembly to be circulated. In order to eliminate an inlet turbulent flow and to enhance turbine efficiency, a honeycomb-shaped insert element is incorporated in each of the jet stream nozzles.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、煤等
の固体粒子をオイル等の流体から遠心力場を使用するこ
とによって、連続的に分離することに関する。更に詳細
には、本発明は、ロータを回転自在に駆動するためのタ
ービンホイールを含む遠心分離アッセンブリ内でコーン
(ディスク)スタック遠心分離機形態を使用することに
関する。タービンホイールは、ランナー円形中心線と接
線方向に整合したジェットノズルによって駆動される。
The present invention relates generally to the continuous separation of solid particles, such as soot, from a fluid, such as oil, by using a centrifugal field. More particularly, the present invention relates to the use of a cone (disk) stack centrifuge configuration in a centrifuge assembly that includes a turbine wheel for rotatably driving a rotor. The turbine wheel is driven by a jet nozzle tangentially aligned with the runner circular centerline.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、エンジンから塵
埃等を出さないようにするため、比較的高性能の空気フ
ィルタ(クリーナー)及び燃料フィルタ(クリーナー)
を持つように設計されている。これらの空気クリーナー
及び燃料クリーナーが設けられているのにも拘わらず、
エンジンが発生した摩耗屑を含む塵埃がエンジンの潤滑
オイルに混入してしまう。これによりエンジンの重要な
構成要素が摩耗し、この状態が解消されないままである
場合や改善されない場合には、エンジンが破損してしま
う。この理由により、多くのエンジンは、オイルが潤滑
サンプとエンジン部品との間で循環するときに連続的に
浄化する全流オイルフィルタを持つように設計されてい
る。
2. Description of the Related Art Diesel engines have relatively high performance air filters (cleaners) and fuel filters (cleaners) in order to prevent dust and the like from being emitted from the engines.
Designed to have Despite having these air cleaners and fuel cleaners,
Dust including wear debris generated by the engine is mixed into the lubricating oil of the engine. This wears out key components of the engine, and if the condition remains or is not remedied, the engine will be damaged. For this reason, many engines are designed with a full-flow oil filter that continuously purifies the oil as it circulates between the lubricating sump and the engine components.

【0003】このような全流フィルタには、多くの設計
上の制限及び配慮があり、そのうちの代表的な制限は、
このようなフィルタが10μm又はそれ以上の範囲の塵
埃粒子のみを除去することができるということにある。
この大きさの粒子を除去することにより、破滅的破損は
免れるけれども、オイルに入り込んで滞る小径の塵埃粒
子により有害な摩耗が生じる。小径粒子についての懸念
を解消しようとする試みにおいて、設計者は、全オイル
流れの所定の割合を濾過するバイパスフィルタシステム
を採用した。全流フィルタをバイパスフィルタと組み合
わせることにより、エンジンの摩耗を受容可能なレベル
まで低下させるが、これは、所望のレベルではない。バ
イパスフィルタは、約10μm以下の粒子を捕捉できる
ため、全流フィルタをバイパスフィルタと組み合わせる
ことにより、全流フィルタだけを使用する場合と比べて
大幅な改善がなされる。
[0003] Such full-flow filters have a number of design limitations and considerations, of which the typical limitations are:
Such a filter is capable of removing only dust particles in the range of 10 μm or more.
By removing particles of this size, catastrophic damage is avoided, but harmful abrasion is caused by small-sized dust particles that get into the oil and stagnate. In an attempt to address concerns about small diameter particles, designers have employed bypass filter systems that filter a predetermined percentage of the total oil flow. Combining a full-flow filter with a bypass filter reduces engine wear to an acceptable level, which is not the desired level. Since the bypass filter can capture particles of about 10 μm or less, combining the full-flow filter with the bypass filter provides a significant improvement over using a full-flow filter alone.

【0004】遠心分離機クリーナーは、初期の設計等で
示された様々な方法で形成できるが、初期の設計上の発
展の部分を代表する一つの製品は、英国のイルミニスタ
ーのサマセットのグレーシャーメタル株式会社が製造
し、テキサス州ヒューストンのT.F.ハドギンス社が
提供するスピナーIIオイル浄化遠心分離機である。ス
ピナーII(Spinner II)は登録商標であ
る。スピナーII製品に対する様々な進歩及び改善が、
1996年11月19日にハーマンに賦与された米国特
許第5,575,912号、及び1997年6月10日
にハーマンに賦与された米国特許第5,637,217
号に示されている。これらの二つの特許に触れたことに
より、これらの特許に開示されている内容は本明細書中
に組入れたものとする。
[0004] While centrifuge cleaners can be formed in a variety of ways, such as those shown in earlier designs, one product that represents a portion of the earlier design developments is the Somerset of Ilminister in the United Kingdom. Manufactured by Glacier Metal Co., Ltd. F. It is a Spinner II oil purification centrifuge provided by Hadgins. Spinner II is a registered trademark. Various advances and improvements to Spinner II products have
U.S. Patent No. 5,575,912, issued to Harman on November 19, 1996, and U.S. Patent 5,637,217, issued to Harman on June 10, 1997.
No. By reference to these two patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.

【0005】現在、受容不能なレベルの潤滑オイル煤を
発生するエンジン作動現象が起こる。この潤滑オイル煤
の大部分を潤滑オイルから除去する必要がある。これ
は、煤が摩耗を生じるためであり、受容不能な摩耗がエ
ンジンの重要な表面上及びエンジンの重要な界面に生じ
る危険があるためである。NOxエミッション規制が益
々厳しくなるにつれて、遅延噴射が広範に使用され、場
合によっては排気ガス再循環又は水噴射を行って燃焼を
更に遅延させる。これにより、ピーク温度を下げ、NO
xを形成する。しかしながら、遅延燃焼により、露出さ
れたシリンダ壁に煤が付着し、リングの掻取り作用によ
り潤滑オイルに移行する。潤滑オイルの煤を検査するこ
とによって得られたエンジンのデータによれば、250
時間の作動で7%程度になるということが明らかにな
る。この潤滑オイル煤は、0.02μm乃至0.06μ
m程度と比較的小径であるが、摩耗をもたらし、バルブ
トレイン構成要素で見られるように臨界高圧/深界面で
摩耗を生じる。摩耗性及び摩耗に関するこれ以上の情報
は、SAE論文第971631号を参照されたい。
Currently, engine operating phenomena occur that produce unacceptable levels of lubricating oil soot. Most of this lubricating oil soot needs to be removed from the lubricating oil. This is because soot causes wear and unacceptable wear can risk on critical engine surfaces and critical engine interfaces. As NOx emissions regulations become more stringent, delayed injection is widely used, possibly with exhaust gas recirculation or water injection to further delay combustion. This lowers the peak temperature and reduces NO
forming x. However, due to the delayed combustion, soot adheres to the exposed cylinder wall, and shifts to lubricating oil by the scraping action of the ring. According to engine data obtained by examining the soot of lubricating oil, 250
It becomes clear that it becomes about 7% with the operation of time. The lubricating oil soot is between 0.02 μm and 0.06 μm
Although relatively small in diameter, on the order of m, it does cause wear and at the critical high pressure / deep interface as found in valve train components. For more information on wear properties and wear, see SAE Publication No. 971631.

【0006】本発明に関して重要な事項は、コーン・ス
タック設計の遠心濾過によって又は従来の遠心分離機に
よる極めて小さな煤粒子の除去が、一般的にはうまくい
かないという認識である。このうまくいかないことの一
つの要因は、遠心分離機が駆動される典型的な回転速度
にある。ヒーロー−タービン(Hero−turbin
e)遠心分離機についての典型的な回転速度、即ち、通
常の回転速度は、外径が12.065cm(4.75イン
チ)のコーン・スタックを有するロータについては約5
000RPM程度であり、外径が8.89cm(3.50
インチ)のコーン・スタックを有するロータについては
約7000RPM程度である。これらの速度は、オイル
中の煤の堆積制御するために煤を適切な速度で除去する
ためには、十分に高速ではない。煤の堆積の問題点を効
果的に解決するためには、これらの回転速度の約2倍の
回転速度が必要とされる。
An important aspect of the present invention is the recognition that removal of very small soot particles by centrifugal filtration in a cone stack design or by conventional centrifuges generally does not work. One factor in this failure is the typical rotational speed at which the centrifuge is driven. Hero-turbin
e) The typical rotational speed for a centrifuge, i.e., a typical rotational speed, is about 5 for a rotor having a cone stack with an outer diameter of 4.65 inches.
000 RPM and an outer diameter of 8.89 cm (3.50
For a rotor with a cone stack of inches, it is on the order of about 7000 RPM. These rates are not fast enough to remove soot at an appropriate rate to control the deposition of soot in the oil. In order to effectively solve the problem of soot accumulation, a rotation speed about twice these rotation speeds is required.

【0007】サンプ内のオイルは、清浄なオイルとして
開始し、エンジンの経時的作動に従って煤が徐々に堆積
する。
[0007] The oil in the sump starts as clean oil and gradually accumulates soot as the engine runs over time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、サン
プオイル中の煤の比率を制御することである。除去速度
が加算速度(add rate)と同じ場合には、均衡
状態が形成される。重要なことは、煤の比率である。制
御等式は次の通りである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to control the ratio of soot in sump oil. If the removal rate is equal to the add rate, an equilibrium is formed. What is important is the ratio of soot. The control equations are as follows:

【0009】均衡煤濃度=加算速度/{(遠心除去効
率)・(遠心流速)} 除去効率及び流量は、流量が丁度2倍になると効率が半
分になるように関連している。重要事項は除去効率であ
る。これを高めることができる場合には、サンプ中の煤
の濃度は、任意の他の要因又は構成要素を変更すること
なく低下する。
Equilibrium soot concentration = addition speed / {(centrifugal removal efficiency). (Centrifugal flow rate)} Removal efficiency and flow rate are related so that just doubling the flow rate reduces the efficiency by half. An important matter is the removal efficiency. If this can be increased, the concentration of soot in the sump will decrease without changing any other factors or components.

【0010】現在の遠心分離機の設計に関して、上文中
に論じた懸念及び事項に鑑みると、更に高速の駆動(回
転)速度を発生するのに適した形体を考案することが改
良である。試験によれば、280時間に亘ってサンプ循
環させた場合(エンジンを切った試験)、遠心分離機を
10000RPM近くの回転速度で遠心分離機を駆動す
ることによって、潤滑流体中の煤のレベルを約4.1%
から約0.8%まで大幅に減少させることができるとい
うことがわかった。本発明は、潤滑システムの圧力を
4.92kg/cm2(70psi )の通常の所望の作動圧力以
上に増加する必要なしに所望の10000RPMの速度
を発生できるコーン・スタック遠心分離機についての改
良構造を提供する。作動圧力範囲は、約2.812kg/c
m2(約40psi )から約6.327kg/cm2(約90psi
)の上限までである。
With respect to current centrifuge designs, in view of the concerns and considerations discussed above, it is an improvement to devise a configuration suitable for generating even higher drive (rotational) speeds. According to tests, when the sump was circulated for 280 hours (engine off test), the level of soot in the lubricating fluid was reduced by driving the centrifuge at a rotational speed near 10,000 RPM. About 4.1%
It has been found that it can be significantly reduced from about 0.8% to about 0.8%. The present invention is an improved structure for a typical desired cone stack centrifuge that can generate desired speed of 10000RPM without the need increases above the operating pressure of 4.92kg / cm 2 the pressure of the lubricating system (70 psi) I will provide a. Operating pressure range is about 2.812 kg / c
m 2 (about 40 psi) to about 6.327 kg / cm 2 (about 90 psi)
) Up to the upper limit.

【0011】この圧力範囲と関連した一つの懸念は、ロ
ータを支持するベアリングを、ロータ内側の圧力に耐え
且つこの圧力を収容するように設計する必要があるとい
うことである。こうした高い圧力レベルではジャーナル
ベアリングが好ましいけれども、これらのベアリング
は、ベアリングとシャフトとの間の薄いオイルフィルム
の粘性剪断による回転抵抗係数があり、そのため、コー
ン・スタック遠心分離機が所望の10000RPM(又
はそれ以上)の速度で駆動されない。遠心ロータの内側
の作動圧力を低下させることによって、回転抵抗係数が
かなり低い更に高い速度で回転できるローラーベアリン
グを使用できる。
One concern associated with this pressure range is that the bearings supporting the rotor must be designed to withstand and accommodate the pressure inside the rotor. Although journal bearings are preferred at these high pressure levels, these bearings have a rotational drag coefficient due to the viscous shearing of the thin oil film between the bearing and the shaft, so that the cone-stack centrifuge requires the desired 10,000 RPM (or Higher speed). By reducing the operating pressure inside the centrifugal rotor, roller bearings that can rotate at higher speeds with a much lower coefficient of rotation can be used.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】循環液体から粒状物を分
離するための本発明の一実施例によるコーン・スタック
遠心分離機は、コーン・スタックアッセンブリを有す
る。このコーン・スタックアッセンブリは、中空ロータ
ハブを含み、軸線を中心として回転するように設計され
ている。コーン・スタックアッセンブリは、液体入口、
第1通路、この第1通路に連結された第2通路及び中空
ベースハブを画成するベースアッセンブリを有する。液
体入口は、第1シャフト通路によって中空ベースハブに
連結されている。シャフト中央チューブがベースハブに
取り付けられており、ロータハブを通って延びている。
コーン・スタックアッセンブリが回転運動するように、
ベアリングがロータハブとシャフト中央チューブとの間
に位置決めされている。タービンホイールがロータハブ
に取り付けられており、タービンホイールを駆動するた
めに液体噴流をタービンホイールに差し向けるため、噴
流ノズルが第2通路に流れ連結されている。タービンホ
イールの駆動により、コーン・スタックアッセンブリに
回転運動を与える。
SUMMARY OF THE INVENTION A cone-stack centrifuge according to one embodiment of the present invention for separating particulate matter from a circulating liquid has a cone-stack assembly. The cone stack assembly includes a hollow rotor hub and is designed to rotate about an axis. The cone / stack assembly has a liquid inlet,
There is a first passage, a second passage connected to the first passage, and a base assembly defining a hollow base hub. The liquid inlet is connected to the hollow base hub by a first shaft passage. A shaft center tube is attached to the base hub and extends through the rotor hub.
As the cone / stack assembly rotates,
A bearing is positioned between the rotor hub and the shaft center tube. A turbine wheel is mounted on the rotor hub, and a jet nozzle is flow coupled to the second passage for directing a liquid jet to the turbine wheel to drive the turbine wheel. The drive of the turbine wheel imparts rotational movement to the cone and stack assembly.

【0013】本発明の関連した実施例は、入口乱流をな
くし、タービン効率を向上するため、噴流ノズルの入口
に組み込んだハニカム状挿入体を使用することを含む。
本発明の一つの目的は、改良コーン・スタック遠心分離
機を提供することである。
A related embodiment of the present invention involves the use of a honeycomb insert incorporated at the inlet of the jet nozzle to eliminate inlet turbulence and improve turbine efficiency.
One object of the present invention is to provide an improved cone stack centrifuge.

【0014】本発明の関連した目的及び利点は、以下の
説明から明らかになるであろう。
[0014] Related objects and advantages of the invention will be apparent from the description below.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促す目的で
添付図面に示す実施例を参照し、これを説明するのに特
定の用語を使用する。それにも拘わらず、本発明の範囲
をこれによって限定しようとするものではなく、例示の
装置のこのような変形及び変更、及び本明細書中に例示
した本発明の原理のこのような別の用途は、本発明と関
連した技術の当業者が通常に想到可能であることは理解
されよう。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For the purposes of promoting an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiments illustrated in the accompanying drawings and specific language will be used to describe the same. Nevertheless, the scope of the invention is not intended to be limited thereby, and such variations and modifications of the illustrated apparatus and other uses of the principles of the invention illustrated herein. It will be understood that one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will normally be envisioned.

【0016】次に図1を参照すると、この図には、本発
明の好ましい実施例によるコーン・スタック遠心分離機
20が示してある。遠心分離機20は、その主要構成要
素として、ベース21、ベルハウジング22、シャフト
23、ロータハブ24、ロータ25、コーン・スタック
26、ジェットノズル27及び28、及び変形ペルトン
タービン29等を含む。本明細書中に説明し且つ使用さ
れているように、ロータ25はコーン・スタックアッセ
ンブリを含む。
Referring now to FIG. 1, there is shown a cone stack centrifuge 20 according to a preferred embodiment of the present invention. The centrifuge 20 includes as its main components a base 21, a bell housing 22, a shaft 23, a rotor hub 24, a rotor 25, a cone stack 26, jet nozzles 27 and 28, a modified Pelton turbine 29, and the like. As described and used herein, rotor 25 includes a cone and stack assembly.

【0017】図3は、ジェットノズル27及び28並び
にインパルスタービン29の概略平面図を提供する。こ
の図は、ジェットノズル27及び28の夫々から出る噴
流27a及び28aの方向を示す。タービン29には、
回転自在のホイール33に取り付けられた周方向に並ん
だ一連の18個のバケット32が設けられている。噴流
27a及び28aは、ホイールの両側でホイールに対し
て接線方向に差し向けられており、バケットの中央に向
けられている。バケットは、回転してホイール33の対
応する側の接線ゾーンに進入する。回転自在のホイール
33は、シャフト23を中心として同心に位置決めされ
たロータハブ24に固定的に且つしっかりと取り付けら
れている。ロータハブは、上ローラーベアリング34及
び下ローラーベアリング35によってシャフト23に取
り付けられており且つ支持されている。ベアリングを通
る流れを減少するため、シールド(shielded)
ベアリングでなくシール(sealed)ベアリングが
使用される。
FIG. 3 provides a schematic plan view of the jet nozzles 27 and 28 and the impulse turbine 29. This figure shows the direction of the jets 27a and 28a leaving the jet nozzles 27 and 28, respectively. In the turbine 29,
A series of 18 buckets 32 arranged in a circumferential direction attached to a rotatable wheel 33 are provided. The jets 27a and 28a are directed tangentially to the wheel on both sides of the wheel and towards the center of the bucket. The bucket rotates into a tangential zone on the corresponding side of the wheel 33. The rotatable wheel 33 is fixedly and firmly attached to the rotor hub 24 that is positioned concentrically about the shaft 23. The rotor hub is attached to and supported by the shaft 23 by an upper roller bearing 34 and a lower roller bearing 35. Shielded to reduce flow through bearings
Sealed bearings are used instead of bearings.

【0018】タービン29は様々な型式で形成できる
が、本発明についての好ましい形体は、変形半バケット
型ペルトンタービンである。変形半バケットタービン2
9を図1に示す。これに対し、従来のペルトンタービン
29a(スプリット−バケット)を図2に示す。これら
の二つのタービン態様の間の相違は、バケット32及び
32aの夫々の幾何学的形状に限定される。図1の変形
半バケット型タービン29に代えて図2のスプリットバ
ケット型タービン29aが使用されていることを除き、
図1及び図2の遠心分離機は構造が同じである。スプリ
ットバケット32aの構造は周知であると考えられる
が、変形半バケット32の形体は本願で独特である。図
4及び図5を参照すると、各半バケット32の形状及び
構造に関する追加の詳細が提供される。
Although the turbine 29 can be formed in various types, the preferred configuration for the present invention is a modified half-bucket Pelton turbine. Modified half bucket turbine 2
9 is shown in FIG. On the other hand, a conventional Pelton turbine 29a (split-bucket) is shown in FIG. The differences between these two turbine aspects are limited to the respective geometry of buckets 32 and 32a. Except that the split bucket type turbine 29a of FIG. 2 is used instead of the modified half bucket type turbine 29 of FIG.
1 and 2 have the same structure. Although the construction of the split bucket 32a is considered well known, the configuration of the modified half bucket 32 is unique in the present application. Referring to FIGS. 4 and 5, additional details regarding the shape and structure of each half bucket 32 are provided.

【0019】コーン・スタックアッセンブリ即ちロータ
25は、本明細書中では、その主要構成要素として、ベ
ースプレート38、ベッセルシェル39、及びコーン・
スタック26を含むものと定義される。これらの主要構
成要素を含むアッセンブリは、ロータハブ24がローラ
ーベアリング34及び35によってシャフト23を中心
として回転するときにロータ25が回転するように、ロ
ータハブ24に取り付けられている。ジェットノズル2
7及び28を出た高圧流によって駆動されるタービン2
9の作動により、回転運動がロータハブ24に加えられ
る。噴流27a及び28aがバケット32に当たると、
対応するバケットの各々が押され、ホイール33が回転
し、噴流が当たる接線の点の位置に次のバケットを送
る。これは、噴流27a及び28aについての接線の点
が180°離間しているため、ホイールの各側で協働的
に生じる。ホイールは、一定の定常回転速度に達するま
で、噴流27a及び28aの特性及びタービンの動的特
性に基づいて加速して回転する。タービンがロータハブ
24に取り付けられており、ロータハブがベアリングを
介してシャフト23に取り付けられているため、ロータ
25は、タービン29のホイール33の速度と一致する
RPMで示す速度で回転する。
The cone / stack assembly or rotor 25 comprises, as major components herein, a base plate 38, a vessel shell 39, and a cone / shell.
It is defined to include the stack 26. The assembly including these main components is mounted on the rotor hub 24 such that the rotor 25 rotates as the rotor hub 24 rotates about the shaft 23 by roller bearings 34 and 35. Jet nozzle 2
Turbine 2 driven by high pressure flow exiting 7 and 28
The actuation of 9 causes a rotational movement to be applied to the rotor hub 24. When the jets 27a and 28a hit the bucket 32,
Each of the corresponding buckets is pushed and the wheel 33 rotates, sending the next bucket to the tangential point where the jet hits. This occurs cooperatively on each side of the wheel because the tangent points for jets 27a and 28a are 180 ° apart. The wheel accelerates and rotates based on the characteristics of the jets 27a and 28a and the dynamic characteristics of the turbine until a certain steady rotational speed is reached. Because the turbine is attached to the rotor hub 24 and the rotor hub is attached to the shaft 23 via bearings, the rotor 25 rotates at a speed indicated by RPM that matches the speed of the wheels 33 of the turbine 29.

【0020】タービン29の好ましい実施例では、各バ
ケット32(変形半バケット型)は長円体様輪郭を有
し、10°乃至15°の出口角度を長円体の縁部に有す
る。一つのバケット32の正面図を図4に示す。一つの
バケット32の斜視図を図5に示す。バケットから出る
流れは、下方に及び回転するロータから遠ざかる方向に
差し向けられており、かくして、液滴の衝突による抵抗
を減少する。ベース21内及びベースプレート38の下
の部分を除く遠心分離機20の構造は、特定の特徴が、
米国特許第5,575,912号及び米国特許第5,6
37,217号に開示された構造と同じである。これら
の特許に触れたことにより、これらの特許に開示されて
いる内容は本明細書中に組入れたものとする。更に詳細
には、ベルハウジング22の半径方向外リップ40がフ
ランジ41の上面上に位置決めされている。半径方向リ
ップ40とフランジ41との間の界面は、ゴム製の環状
中間O−リング42を加えることによって部分的にシー
ルされている。バンドクランプ45を使用し、シールさ
れた界面を完成し且つ補完する。クランプ45はリップ
40及びフランジ41の周りに位置決めされており、環
状内クランプ46及び環状外バンド47を含む。バンド
47をぴんと張るとクランプの内径が減少し、環状チャ
ンネル48のテーパした側部がリップ40及びフランジ
41を互いに軸線方向に引っ張り、ぴったりとシールさ
れた界面を形成する。リップ40とフランジ41とを互
いに引っ張ることによってO−リング42を圧縮する。
In the preferred embodiment of the turbine 29, each bucket 32 (modified half-bucket type) has an ellipsoid-like profile and an exit angle of 10 ° to 15 ° at the edge of the ellipse. FIG. 4 shows a front view of one bucket 32. A perspective view of one bucket 32 is shown in FIG. The flow exiting the bucket is directed downward and away from the rotating rotor, thus reducing drag resistance due to droplet impact. The structure of the centrifuge 20 except for the part inside the base 21 and the lower part of the base plate 38 has certain features.
U.S. Pat. No. 5,575,912 and U.S. Pat.
The structure is the same as that disclosed in Japanese Patent No. 37,217. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. More specifically, a radial outer lip 40 of the bell housing 22 is positioned on the upper surface of the flange 41. The interface between the radial lip 40 and the flange 41 is partially sealed by the addition of an annular intermediate O-ring 42 made of rubber. A band clamp 45 is used to complete and complement the sealed interface. Clamp 45 is positioned about lip 40 and flange 41 and includes an annular inner clamp 46 and an annular outer band 47. Tightening the band 47 reduces the inner diameter of the clamp, and the tapered sides of the annular channel 48 pull the lip 40 and the flange 41 axially toward each other, forming a tightly sealed interface. O-ring 42 is compressed by pulling lip 40 and flange 41 together.

【0021】ベルハウジング22の頂部には、シャフト
23の雄ねじ端52を受け入れて支持するため、キャッ
プアッセンブリ51が設けられている。シャフト23の
詳細は図6に示してある。アダプタ53には雌ねじが設
けられており且つフランジ54を有し、開口部55の縁
部を通して嵌着されており且つこれに上方に押し付けら
れている。スリーブ56、O−リング57、及びキャッ
プ58がアッセンブリを完成する。先ず、端部52をア
ダプタ53にねじ込み、O−リングを組み込んだ後、ハ
ウジング及びスリーブを所定位置まで下げる。キャップ
を取り付けてキャップアッセンブリ51をシャフト23
及びハウジング22に固定し、バンドクランプを組み立
て、所定位置に締め付ける。キャップアッセンブリ51
は、ロータ25が滑らかに高速回転できるようにするた
め、シャフト23の上端を軸線方向で中心決めしシャフ
ト23を支持し且つ安定化する。
The top of the bell housing 22 is provided with a cap assembly 51 for receiving and supporting the male screw end 52 of the shaft 23. Details of the shaft 23 are shown in FIG. The adapter 53 is provided with a female thread and has a flange 54, which is fitted through the edge of the opening 55 and pressed upwardly. Sleeve 56, O-ring 57, and cap 58 complete the assembly. First, the end 52 is screwed into the adapter 53, the O-ring is assembled, and then the housing and the sleeve are lowered to a predetermined position. Attach the cap and attach the cap assembly 51 to the shaft 23.
Then, it is fixed to the housing 22, and the band clamp is assembled and tightened in a predetermined position. Cap assembly 51
In order to smoothly rotate the rotor 25 at a high speed, the upper end of the shaft 23 is axially centered to support and stabilize the shaft 23.

【0022】ロータ25の上端では、ベルハウジング2
2と雄ねじ端52との間に、取り付けナット61及び支
持ワッシャ62が配置されている。環状支持ワッシャ
は、ロータシェル39の上部分と形状が一致する賦形形
状を有する。ワッシャ62に別体の構成要素を用いる代
わりに本発明について考えられる変形例は、ワッシャ位
置の断面が厚い衝撃押出しシェルを製造することによっ
て、支持ワッシャ機能をロータシェルと一体化すること
である。ロータハブ24の上端63は、シャフト23及
び上ベアリング34によってベアリング支持されてお
り、雄ねじを備えている。取り付けナット61を上端6
3にねじ式に締め付け、これによって支持ワッシャ62
及びロータシェル39を一緒に引っ張る。ロータハブ2
4の反対端(下端)64には、一連の軸線方向ノッチ6
4a及びこれと交互の一連の外方に延びるスプライン6
4bが設けられている(図7及び図8参照)。スプライ
ンが設けられたこの端部は、ベースプレート38の中央
に設けられた円筒形の孔65にぴったりと嵌着する。こ
の孔65はハブ24及びシャフト23と同心であり、ハ
ブをハウジング及びベースプレートに固定することによ
り、コーン・スタックアッセンブリをシャフト23を中
心として同心をなして回転させる。スプライン端64と
孔65との間の嵌着は、更に、ノッチ64aとスプライ
ン64bによって、間隔が隔てられた一連の出口流れチ
ャンネル66を形成する。
At the upper end of the rotor 25, the bell housing 2
A mounting nut 61 and a support washer 62 are arranged between the second and the male screw ends 52. The annular support washer has a shaped shape that matches the shape of the upper portion of the rotor shell 39. A possible alternative to the present invention instead of using a separate component for the washer 62 is to integrate the support washer function with the rotor shell by manufacturing an impact extruded shell having a thicker cross section at the washer location. The upper end 63 of the rotor hub 24 is bearing-supported by the shaft 23 and the upper bearing 34, and has a male screw. Mounting nut 61 at upper end 6
3 to the support washer 62
And pull the rotor shell 39 together. Rotor hub 2
At the opposite end (lower end) 64 of the shaft 4 is a series of axial notches 6.
4a and a series of alternating outwardly extending splines 6
4b is provided (see FIGS. 7 and 8). This splined end fits snugly into a cylindrical hole 65 provided in the center of the base plate 38. The hole 65 is concentric with the hub 24 and the shaft 23, and fixes the hub to the housing and the base plate to rotate the cone / stack assembly concentrically about the shaft 23. The fit between spline ends 64 and holes 65 also forms a series of spaced outlet flow channels 66 by notches 64a and splines 64b.

【0023】ロータシェル39の下縁68の内面67と
ベースプレート38の外環状面69との間に半径方向シ
ールが形成される。このシールされた界面は、一部がぴ
ったりとした嵌着によって、及び一部がゴム製の環状O
−リング70を使用することによって形成される。O−
リング70は内面67と外環状面69との間で圧縮され
る。
A radial seal is formed between the inner surface 67 of the lower edge 68 of the rotor shell 39 and the outer annular surface 69 of the base plate 38. This sealed interface is partially closed by a snug fit and partially annular O
-Formed by using a ring 70; O-
Ring 70 is compressed between inner surface 67 and outer annular surface 69.

【0024】ロータシェル39とベースプレート38と
の間をO−リング70と組み合わせて組み立てることに
よって、コーン・スタック26が収容された内部容積7
3を画成する密封包囲体を形成する。コーン・スタック
26の各コーン74は、中央開口部75及びコーンの周
囲に亘って外環状縁部77と隣接して配置された複数の
入口穴を有する。この用途についての代表的なコーン
は、米国特許第5,575,912号及び米国特許第
5,637,217号に示されており且つ開示されてい
る。ロータ25についての代表的な流路は、ロータハブ
24の中空中央部78を通る上方への流体の流れで開始
する。この流れはロータハブの内部を通り、孔79を通
って出る。全部で8個の等間隔に間隔が隔てられた孔7
9が設けられている(図7参照)。流れ分配プレート8
0は、ベーンを持つように形成されており、ハブ24か
ら流出した流れを最も上側のコーン74aの表面に亘っ
て分配するのに使用される。液体(潤滑オイル)がコー
ン・スタック26の個々のコーン74に亘って及びこれ
らのコーンを通って流れる方法は、当該技術分野で周知
の流路及び流れ現象である。コーン・スタックアッセン
ブリのこの流路及び高RPMの回転速度により、オイル
によって運ばれる小さな煤粒子をオイルから遠心分離で
き且つ遠心分離機内に保持できる。
By assembling between the rotor shell 39 and the base plate 38 in combination with the O-ring 70, the inner volume 7 in which the cone stack 26 is accommodated is formed.
Form a sealed enclosure defining 3. Each cone 74 of the cone stack 26 has a central opening 75 and a plurality of inlet holes disposed adjacent the outer annular edge 77 around the periphery of the cone. Representative cones for this application are shown and disclosed in US Pat. Nos. 5,575,912 and 5,637,217. A typical flow path for rotor 25 begins with an upward fluid flow through hollow center portion 78 of rotor hub 24. This flow passes through the interior of the rotor hub and exits through hole 79. A total of eight equally spaced holes 7
9 (see FIG. 7). Flow distribution plate 8
0 is formed with vanes and is used to distribute the flow exiting the hub 24 over the surface of the uppermost cone 74a. The manner in which liquid (lubricating oil) flows over and through the individual cones 74 of the cone stack 26 is a flow path and flow phenomenon well known in the art. This flow path of the cone-stack assembly and the high RPM rotational speed allow small soot particles carried by the oil to be centrifuged from the oil and retained in the centrifuge.

【0025】本発明は、ベース21の設計、タービン2
9の使用、流体を噴流ノズル27及び28に送る方法、
及びベース21、タービン29、及びノズル27及び2
8と設計的に所望の通りに適合するシャフト23の形体
に関する。ベース21には、入口孔82及び主通路83
が形成されている。ジェットノズル通路84及び85が
主通路83と直角に交差している。通路84は取り付け
ポスト86によって画成されており、ジェットノズル2
7への流体連通路を形成する。ホイール33及びベース
ハブ87の取り付けポスト86とは反対側には第2取り
付けポスト88が設けられており、この第2ポストは通
路85を画成する。通路85は、ジェットノズル28へ
の流体連通路を提供する。ベース21のハブ87には、
雌ねじを備えた円筒形の孔89が設けられている。この
孔は、主通路83と直角に交差する。シャフト23のベ
ース90には雄ねじが設けられており、孔89に螺着さ
れて組み立てられる。ベース90は中空であり、通路9
1を画成する。この通路は、塞がった先端92及びスロ
ットル通路93を有する。通路83の先端は、通路84
の先端及び通路85の先端と同様に閉鎖している(即ち
塞がっている)。
The present invention relates to the design of the base 21 and the turbine 2
9, a method of sending fluid to the jet nozzles 27 and 28,
And the base 21, the turbine 29, and the nozzles 27 and 2
8 and a configuration of the shaft 23 that is designed to fit as desired. The base 21 has an inlet hole 82 and a main passage 83.
Are formed. Jet nozzle passages 84 and 85 intersect the main passage 83 at right angles. The passage 84 is defined by a mounting post 86 and the jet nozzle 2
7 to form a fluid communication passage. On the opposite side of the wheel 33 and the base hub 87 from the mounting post 86, there is provided a second mounting post 88, which defines a passage 85. Passage 85 provides a fluid communication passage to jet nozzle 28. In hub 87 of base 21,
A cylindrical hole 89 with an internal thread is provided. This hole intersects the main passage 83 at right angles. The base 90 of the shaft 23 is provided with a male screw, and is screwed into the hole 89 to be assembled. The base 90 is hollow and the passage 9
Define 1. This passage has a closed tip 92 and a throttle passage 93. The distal end of the passage 83 is
As well as the tip of the passage 85 (i.e., closed).

【0026】ロータハブ24のスプライン端64を円筒
形の孔65に嵌着することによってロータハブ24をベ
ースプレート38内に支持し、ベースプレート38、ロ
ータシェル39、及びロータハブ24との間にしっかり
と組み立てられた状態を維持する。所望の支持につい
て、端部64と孔65との間のプレス嵌め又は場合によ
っては締まり嵌めが十分である。端部64と孔65との
間のスプライン嵌着は、更に、ロータハブ24とベース
プレート38との間で相対的回転移動が起こらないよう
に設計されている。端部64が孔65内に嵌着すること
によって、ベース21の側壁96によって画成されたベ
ース21の内部空間95に開放した流出流チャンネル6
6を形成する。側壁96には、更に、出口ドレン開口部
97が設けられている。このドレン開口部により、ロー
タ25から流れチャンネル66を通って出たオイルをベ
ース21の外に排液できる。これは、対応するエンジン
又は機器の他の要素への又はこれらを通る循環路につい
て連続する。ジェットノズル27及び28を通してター
ビン29を駆動するために使用される潤滑オイルもまた
内部空間に溜まり、流れチャンネル66を通って出るオ
イルと混合する。出口ドレン開口部97を通って出るの
はこの混合オイルである。飛沫プレート98がポスト8
6及び88の上端面99及び100に夫々取り付けられ
ている。
The rotor hub 24 is supported within the base plate 38 by fitting the spline ends 64 of the rotor hub 24 into the cylindrical holes 65 and is securely assembled between the base plate 38, the rotor shell 39 and the rotor hub 24. Maintain state. A press fit or possibly an interference fit between the end 64 and the bore 65 is sufficient for the desired support. The spline fit between the end 64 and the hole 65 is further designed to prevent relative rotational movement between the rotor hub 24 and the base plate 38. The effluent flow channel 6 is open to the interior space 95 of the base 21 defined by the side wall 96 of the base 21 by fitting the end 64 into the hole 65.
6 is formed. The side wall 96 is further provided with an outlet drain opening 97. With this drain opening, oil that has flowed out of the rotor 25 through the flow channel 66 can be drained out of the base 21. This is continuous for the circuit to or through the other elements of the corresponding engine or equipment. Lubricating oil used to drive turbine 29 through jet nozzles 27 and 28 also collects in the interior space and mixes with the oil exiting through flow channel 66. It is this mixed oil that exits through the outlet drain opening 97. Splash plate 98 post 8
6 and 88 are attached to the upper end surfaces 99 and 100, respectively.

【0027】図1に示す遠心分離機20を作動するた
め、加圧(1.406kg/cm2乃至6.327kg/cm2(2
0PSI乃至90PSI))流体流れ(オイル)が、遠
心分離機のベース21に、入口孔82及び主通路83を
通って進入する。加圧オイルを通路84及び85に供給
するとともに円筒形の孔89によって通路91に供給す
る。ポスト86は、ジェットノズル27と流れ連結した
出口オリフィス103を画成する。同様の出口オリフィ
ス104がポスト88によって画成されており、ジェッ
トノズル28と流れ連結している。通路84及び85は
端部が塞がれているため、流入流をオリフィス103及
び104を通して圧送し、噴流27a及び28aを発生
し、これによってタービン29を駆動し、その結果、ロ
ータハブ24及びロータ25の残りの部分が回転自在に
駆動される。二つの噴流ノズルから出る高速流体流は、
ロータ25に通したオイルからの所望の速度で煤を除去
するため、ロータ25に必要な高い回転速度を発生す
る。必須の速度は、上文中に論じたように、コーン・ス
タックの外径の大きさの関数である。
In order to operate the centrifuge 20 shown in FIG. 1, pressurization (1.406 kg / cm 2 to 6.327 kg / cm 2 (2
0 PSI to 90 PSI)) The fluid stream (oil) enters the centrifuge base 21 through the inlet hole 82 and the main passage 83. Pressurized oil is supplied to the passages 84 and 85 and supplied to the passage 91 by the cylindrical hole 89. Post 86 defines an outlet orifice 103 in flow communication with jet nozzle 27. A similar outlet orifice 104 is defined by post 88 and is in flow communication with jet nozzle 28. The passages 84 and 85 are blocked at the ends, so that the inflow is pumped through the orifices 103 and 104, generating jets 27a and 28a, thereby driving the turbine 29, and consequently the rotor hub 24 and the rotor 25. Is driven rotatably. The high-speed fluid flow from the two jet nozzles is
The high rotational speed required for rotor 25 is generated to remove soot from the oil passed through rotor 25 at the desired speed. The required speed is a function of the outer diameter of the cone stack, as discussed above.

【0028】好ましい実施例では、ジェットノズル27
及び28の各々の出口オリフィスの大きさは、約2.4
6mm(0.09インチ)である。各ノズルは、乱流エネ
ルギが最小の最大可能な速度を持つ固有の安定したジェ
ットを発生するため、出口オリフィス直径に滑らかに移
行するように内側がテーパした設計になっている。ター
ビン29は、ジェットの運動エネルギをトルクに変換
し、これをロータハブ24に加える。上文中に説明した
ように、様々な型式又は設計のタービン29が本発明の
範囲及び教示内で考えられる。タービンには、小型化し
た旧式のペルトンタービン、変形半バケット型タービ
ン、及びベーンリング即ち「ターゴ(turgo)」型
タービンが含まれる。これらのうち、変形半バケット型
タービンが好ましい選択である。タービンは、バケット
速度が、衝突する噴流速度の半分よりも僅かに低い場合
に性能効率が最適化される。理想的な設計では、駆動流
体は、バケットからほぼゼロの残留速度で「落下」し、
ベースの内部空間95内に落下し、ドレン開口部97を
通って出る。4.921kg/cm2(70PSI)のジェッ
トで10000RPMの目標速度を得るため、ピッチ直
径が28.96mm(1.14インチ)のバケットを持ち
且つ送出トルクが5.50cm/kg (1インチ/ポンド)
であるように設計されたタービン29を使用することが
本実施例の設計上の特徴をなす。このような仕様では、
エネルギに対する圧送馬力(寄生)損は、僅か15kgm/
s (1HP)(これらの条件について検討がなされてい
るエンジンの大きさについて、エンジンの出力の0.0
3%以下)に過ぎない。
In a preferred embodiment, the jet nozzle 27
And 28 each have an exit orifice size of about 2.4.
6 mm (0.09 inch). Each nozzle is internally tapered to smoothly transition to the exit orifice diameter in order to generate a unique, stable jet with a turbulent energy of minimum and maximum possible velocity. Turbine 29 converts the kinetic energy of the jet into torque, which is applied to rotor hub 24. As described above, various types or designs of turbines 29 are contemplated within the scope and teachings of the present invention. Turbines include downsized older Pelton turbines, modified half bucket turbines, and vane ring or "turgo" turbines. Of these, the modified half-bucket turbine is the preferred choice. The turbine is optimized for performance efficiency when the bucket speed is slightly less than half of the impinging jet speed. In an ideal design, the drive fluid "falls" from the bucket with near zero residual velocity,
It falls into the internal space 95 of the base and exits through the drain opening 97. 4.921kg / cm 2 to obtain a 10000RPM target speed of a jet of (70 PSI), and sends torque 5.50cm / kg (1 in / lb has a bucket pitch diameter 28.96mm (1.14 inches) )
The use of a turbine 29 designed to be is a design feature of this embodiment. In such a specification,
The pumping power (parasitic) loss for energy is only 15kgm /
s (1HP) (for the engine size under consideration of these conditions,
3% or less).

【0029】通路83を通って進入するオイルは、更
に、円筒形の孔89を通って上方にシャフト23の通路
91に流入する。この上方への流れは、スロットル通路
93を通ってシャフト23の内部に出る。好ましい実施
例では、通路93の出口オリフィスの直径は1.85mm
(0.073インチ)であり、これは、ロータ25を通
過する流量を毎分約2.271リットル(約0.6ガロ
ン)に制限する。ロータを通る流れが毎分0.757リ
ットル乃至1.514リットル(0.2ガロン乃至0.
4ガロン)である場合に高トルク抵抗のスパイクが発生
するということが試験によってわかった。毎分2.27
1リットル(0.6ガロン)の流れではこの問題は生じ
ない。本発明の重要な特徴は、ロータハブ24の入口端
107と隣接して配置された通路93を使用することに
よって、来入流にスロットル作用を加えることである。
図1の例示では、ロータハブ24は、ベース21及びベ
ースプレート38から上方にベッセルシェル39の上端
即ち頂部の取り付けナット61の領域まで延びている。
来入オイルが孔82のところで進入し、ここから内方及
び上方に流れるため、ロータハブの下端107は流路を
画成する目的の入口端である。
The oil entering through the passage 83 further flows upward through the cylindrical hole 89 into the passage 91 of the shaft 23. This upward flow exits through the throttle passage 93 into the shaft 23. In a preferred embodiment, the diameter of the exit orifice of passage 93 is 1.85 mm.
(0.073 inches), which limits the flow through the rotor 25 to about 0.6 gallons per minute. The flow through the rotor is between 0.757 liters and 1.514 liters per minute (0.2 gal.
Tests have shown that spikes with high torque resistance occur when the pressure is 4 gallons. 2.27 per minute
One liter (0.6 gallon) flow does not have this problem. An important feature of the present invention is that it throttles the incoming flow by using a passage 93 located adjacent the inlet end 107 of the rotor hub 24.
In the example of FIG. 1, the rotor hub 24 extends upward from the base 21 and the base plate 38 to the region of the mounting nut 61 at the upper end or top of the vessel shell 39.
The lower end 107 of the rotor hub is an inlet end intended to define a flow path as incoming oil enters at the hole 82 and flows inward and upward from there.

【0030】スロットル通路93をロータハブの入口端
107に配置することにより、ロータハブ24の内部7
8を減圧し、これによって、標準的な深溝シール型ロー
ラーベアリングを上ローラーベアリング34及び下ロー
ラーベアリング35の位置で使用できる。こうした種類
のローラーベアリングを使用することにより、回転抵抗
が従来技術の(旧式の)ジャーナルベアリングと比較し
て大幅に低下する。ロータハブ24の内部78内の内圧
が、スロットル効果により、本発明で存在するよりも高
い場合には、ジャーナルベアリングが必要とされる。こ
れは、ジャーナルベアリングが高圧に耐えることができ
るためである。問題点は、ロータ25が達することがで
きる回転速度を制限するジャーナルベアリングの回転抵
抗のレベルがかなり高いということである。その結果、
煤除去効率が大幅に低下し、効率がかなり低い設計とな
り、煤の制御が目的である場合には全く受け入れられな
い設計となる。流れにスロットル作用を加え、内部78
内の内圧を低下させることには、これに付随する効果が
ある。本発明による遠心分離機設計では、ローラーベア
リングを使用できるため、抵抗が小さく、高い回転速度
が可能となり、及びかくして、本発明では、10000
RPM程度の(又はこれよりの高い)速度を得ることが
できる。煤を効率的に除去するためには、この程度の速
度が必要とされることがわかっている。
By arranging the throttle passage 93 at the inlet end 107 of the rotor hub, the inside of the rotor hub
8 so that standard deep groove sealed roller bearings can be used at the upper roller bearing 34 and lower roller bearing 35 locations. The use of these types of roller bearings significantly reduces rolling resistance compared to prior art (old) journal bearings. If the internal pressure in the interior 78 of the rotor hub 24 is higher than present in the present invention due to throttle effects, a journal bearing is required. This is because journal bearings can withstand high pressures. The problem is that the level of rotational resistance of the journal bearing, which limits the rotational speed that the rotor 25 can reach, is quite high. as a result,
The soot removal efficiency is greatly reduced, resulting in a design with much lower efficiency, and a design that is totally unacceptable when soot control is the goal. Add throttle action to the flow, internal 78
Reducing the internal pressure in the chamber has an attendant effect. In the centrifuge design according to the present invention, the use of roller bearings allows for low resistance, high rotational speeds, and thus, in the present invention, 10,000
Speeds on the order of RPM (or higher) can be obtained. It has been found that such a rate is required for efficient soot removal.

【0031】プロセス流体(オイル)は、シャフトのス
ロットル通路93を出た後、ロータハブ24の中央即ち
内部78をシャフト23とハブ24との間で上方に移動
する。ハブ24の上部近くには複数の出口穴が設けられ
ている。これらの穴は、好ましい実施例では、全部で8
個である。流れるオイルはこれらの出口穴79の各々を
通過し、流れは、流体を接線方向に加速する半径方向ベ
ーンが設けられた流れ分配プレートによって、コーン・
スタックの上に及び周りに差し向けられる。
After exiting the shaft throttle passage 93, the process fluid (oil) travels upwardly through the center or interior 78 of the rotor hub 24 between the shaft 23 and the hub 24. A plurality of outlet holes are provided near the upper portion of the hub 24. These holes have a total of 8 holes in the preferred embodiment.
Individual. The flowing oil passes through each of these outlet holes 79 and the flow is conveyed by a flow distribution plate provided with radial vanes that accelerate the fluid tangentially.
Pointed on and around the stack.

【0032】流れは、垂直方向に整合したコーン入口穴
を通してコーン・スタックに亘って分配され、コーン・
スタックの隙間を通ってハブに向かって半径方向内方に
流れる。コーン・スタックは、ロータハブベースプレー
トによってしっかりと支持されている。ハブの外径に至
ったとき、流れは、コーンの内径に設けられた整合した
切欠きを通って下方に通過し、流れチャンネル66を通
って内部容積73を出る。この形体に対する変形例とし
て、ベースプレート38は、流体出口流路用の穴が穿孔
された一部品設計であるのがよい。流れは、回転軸線に
できるだけ近い流れチャンネル66から出ることが重要
である。これは、半径と比例して増大する高い接線速度
での流出を妨げる遠心「圧送」エネルギ損による抵抗/
速度の低下が起こらないようにするためである。更に、
流出流は、ベースプレートの外側面と接触しないように
コーン・スタックアッセンブリを離れなければならな
い。その結果、再加速を受けることによりロブ(ro
b)エネルギが失われ、ロータベースの外径から高速で
「放出(sling)」される。この結果は、オイルを
流れチャンネル66を通して飛沫プレート98の下の場
所に流出させることによって得られ、これにより、オイ
ルのスプレーを、下方に、回転中のロータハブ24から
遠ざかるように、ドレン開口部97に向かって逸らす。
変形例の設計において、飛沫プレートを使用しない場合
には、オイルが出口箇所から半径方向外方に飛散すると
き、回転するロータの表面上にオイルが再同伴されない
ように、流出するオイルをベースプレートの最も下の箇
所よりも低い箇所から出す必要がある。上文中に説明し
たように、「清浄」なプロセス流体を駆動流体と混合
し、ドレン開口部97を介して重力によりハウジングベ
ース21の外にドレンする。
The flow is distributed across the cone stack through vertically aligned cone inlet holes,
It flows radially inward toward the hub through the gap in the stack. The cone stack is firmly supported by the rotor hub base plate. When reaching the outer diameter of the hub, the flow passes downward through aligned notches provided in the inner diameter of the cone and exits the interior volume 73 through the flow channel 66. As a variation on this configuration, base plate 38 may be a one-piece design with perforated holes for fluid outlet channels. It is important that the flow exits the flow channel 66 as close as possible to the axis of rotation. This is due to the resistance due to centrifugal "pumping" energy loss which prevents outflow at high tangential velocities which increases in proportion to the radius /
This is to prevent a reduction in speed. Furthermore,
The effluent must leave the cone stack assembly so that it does not contact the outer surface of the base plate. As a result, Rob (ro
b) Energy is lost and "sling" at high speed from the outer diameter of the rotor base. This result is obtained by allowing the oil to flow through the flow channel 66 to a location below the splash plate 98, thereby causing the spray of oil to move downward and away from the rotating rotor hub 24 so that the drain opening 97 Deflect towards.
In the alternative design, if a splash plate is not used, the spilled oil is applied to the base plate so that it does not re-entrain on the surface of the rotating rotor when the oil scatters radially outward from the exit point. You need to start from a lower point than the lowest point. As described above, the "clean" process fluid is mixed with the drive fluid and drains out of the housing base 21 by gravity through the drain opening 97.

【0033】図9を参照し、変形例のコーン・スタック
遠心分離機120を開示する。遠心分離機120は、図
1のコーン・スタック遠心分離機20と多くの点で極め
て類似した構造を有するということに着目されたい。コ
ーン・スタック遠心分離機120とコーン・スタック遠
心分離機20との間の主な相違点には、ベース21、シ
ャフト23、円筒形の孔89、及び主通路83の設計及
び関係が含まれる。遠心分離機20のこれらの部分を遠
心分離機120の対応する部分と比較すると、以下の相
違点が明らかになる。遠心分離機20についての図1の
設計では、主通路83はベースハブ87の孔89と直接
的に流れ連通している。図示のように、孔89は、主通
路83を通って軸線方向に延びているのでなく、効果的
には、その箇所でT形に交差している。図9の設計で
は、ベースの円筒形の孔121と主通路122との間に
流れ連通がない。その代わりに、遠心分離機120のシ
ャフト124の下端即ちベース123が図1のベース9
0を越えて軸線方向に延びており、シャフト124は主
通路122を通って延びており、円筒形の孔121の下
孔延長部125を通って外に出る。シャフト124を図
11に別体の構成部品として示す。この下孔延長部12
5は図示のように主通路122と交差し、主通路122
の上方にある円筒形の孔121の上部分と軸線方向に整
合している。遠心分離機120のベース126の設計を
図12に示す。シャフト124のベース123は、入口
孔128からスロットル通路129及び130まで延び
る流路を構成する。ここでは、タービン29に参照番号
134が附してあるが、設計は基本的に同じである。図
10では、スプリットバケット形体の変形例の型式のタ
ービンがタービン134aとして示してある。
Referring to FIG. 9, a modified cone stack centrifuge 120 is disclosed. Note that the centrifuge 120 has a structure that is very similar in many respects to the cone-stack centrifuge 20 of FIG. The major differences between cone stack centrifuge 120 and cone stack centrifuge 20 include the design and relationship of base 21, shaft 23, cylindrical bore 89, and main passage 83. Comparing these parts of the centrifuge 20 with the corresponding parts of the centrifuge 120 reveals the following differences. In the design of FIG. 1 for centrifuge 20, main passage 83 is in direct flow communication with hole 89 in base hub 87. As shown, the holes 89 do not extend axially through the main passage 83, but effectively intersect in a T-shape there. In the design of FIG. 9, there is no flow communication between the cylindrical hole 121 in the base and the main passage 122. Instead, the lower end or base 123 of the shaft 124 of the centrifuge 120 is
Extending axially beyond zero, the shaft 124 extends through the main passage 122 and exits through a pilot extension 125 of the cylindrical bore 121. The shaft 124 is shown as a separate component in FIG. This pilot hole extension 12
5 crosses the main passage 122 as shown in FIG.
Is axially aligned with the upper portion of the cylindrical hole 121 above. The design of the base 126 of the centrifuge 120 is shown in FIG. The base 123 of the shaft 124 forms a flow path extending from the inlet hole 128 to the throttle passages 129 and 130. Here, the turbine 29 is given the reference number 134, but the design is basically the same. In FIG. 10, a turbine of a variant of the split bucket configuration is shown as turbine 134a.

【0034】シャフト23は、単一のスロットル通路9
3を含むのに対し、シャフト124(図9参照)は二つ
のスロットル通路129及び130を含む。これは、図
9の実施例では、通路129及び130の上流のほぼ全
ての箇所で、好ましくは遠心分離機の外側で来入オイル
流にスロットル作用を加えることができるためである。
その結果、通路129及び130は、単一のスロットル
手段として役立つ必要がない。図1では、来入オイル
は、タービン29の駆動にも使用され、遠心分離機の外
部で流れにスロットル作用を加えると、タービンの速度
に悪影響が及ぼされる。この理由により、ロータ25へ
の流れには、通路93によってスロットル作用が加えら
れる。二つの通路を使用することと比較すると、一つの
通路でスロットル機能を行う方が容易である。この理由
により、図1の実施例では、通路93が一つだけ設けら
れている。
The shaft 23 has a single throttle passage 9
3, whereas shaft 124 (see FIG. 9) includes two throttle passages 129 and 130. This is because in the embodiment of FIG. 9, almost all points upstream of passages 129 and 130 can throttle the incoming oil flow, preferably outside the centrifuge.
As a result, passageways 129 and 130 need not serve as a single throttle means. In FIG. 1, the incoming oil is also used to drive the turbine 29, and adding throttle to the flow outside the centrifuge will adversely affect the speed of the turbine. For this reason, the flow to the rotor 25 is throttled by the passage 93. It is easier to perform the throttle function in one passage compared to using two passages. For this reason, in the embodiment of FIG. 1, only one passage 93 is provided.

【0035】シャフトを通る内部通路が主通路122と
流れ連通していないため、入口孔128での来入流(オ
イル)はタービン134の駆動に使用されない。タービ
ン134は、実際には、タービン29と同じであり、遠
心分離機120の残りの部分は、本明細書に説明したこ
とを除き、遠心分離機20と実際上同じである。タービ
ン134を噴流ノズル135及び136で駆動するた
め、入口通路137を介して加圧流体を主通路122に
導入する。好ましい実施例では、この加圧流体(即ち駆
動流体)はガスである。加圧ガスは図1のオイルと同じ
経路を辿るが通路127には流入せず、従ってコーン・
スタックアッセンブリ138に導入されない。
Since the internal passage through the shaft is not in flow communication with the main passage 122, the incoming flow (oil) at the inlet 128 is not used to drive the turbine 134. Turbine 134 is, in fact, the same as turbine 29, and the remainder of centrifuge 120 is substantially the same as centrifuge 20, except as described herein. Pressurized fluid is introduced into the main passage 122 via the inlet passage 137 to drive the turbine 134 with the jet nozzles 135 and 136. In a preferred embodiment, the pressurized fluid (ie, the driving fluid) is a gas. The pressurized gas follows the same path as the oil of FIG. 1, but does not flow into passage 127, and
Not introduced into stack assembly 138.

【0036】加圧ガスをポスト140の通路139に、
及び最終的にはジェットノズル136に流入させるた
め、シャフト124のベース123の位置141にはノ
ッチ又は窪みが設けられている。これは、加圧ガスがシ
ャフト124のベース123の周囲を自由に通過できる
ようにするためである。ポスト143の通路142は、
加圧ガスをジェットノズル135に送出するため、通路
122と連通している。O−リング144がベース12
3と下孔延長部125との間に位置決めされている。入
口孔128には、コーン・スタックアッセンブリに導入
されるべき流体を送出する入力導管を連結するため、雌
ねじが設けられている。
The pressurized gas is supplied to the passage 139 of the post 140,
A notch or a depression is provided at a position 141 of the base 123 of the shaft 124 so as to finally flow into the jet nozzle 136. This is to allow the pressurized gas to freely pass around the base 123 of the shaft 124. The passage 142 of the post 143 is
It communicates with the passage 122 to deliver pressurized gas to the jet nozzle 135. O-ring 144 is base 12
3 and a pilot hole extension 125. The inlet hole 128 is provided with an internal thread for connecting an input conduit for delivering a fluid to be introduced into the cone / stack assembly.

【0037】図9のタービン134を駆動するのに使用
されるガス(代表的には空気)を遠心分離機120から
大気中に放出しなければならない。この機能について様
々なベント設計及び位置決めが適しているけれども、空
気と混合したオイルミストを先ず分離することが重要で
ある。この目的のため、コアレッサー150がベルハウ
ジング151に取り付けられており、出口152の周囲
がシールされている。スプレーミスト即ち空気及びオイ
ルのエアゾールが出口152を通って出るとき、コアレ
ッサー150の内部でオイルが空気から分離される。次
いで空気を大気中に通し、オイルは徐々に遠心分離機内
に滴り戻る。コアレッサー150の内部には、金属製メ
ッシュが設けられ、又は、変形例では、合成織製又は不
織メッシュが設けられている。これらのメッシュは全
て、当該技術分野で周知である。
The gas (typically air) used to drive the turbine 134 of FIG. 9 must be released from the centrifuge 120 to the atmosphere. Although various vent designs and positioning are suitable for this function, it is important to first separate the oil mist mixed with air. For this purpose, a coalescer 150 is mounted on the bell housing 151 and the area around the outlet 152 is sealed. As the spray mist or aerosol of air and oil exits through outlet 152, oil is separated from air inside coalescer 150. The air then passes into the atmosphere, and the oil slowly drips back into the centrifuge. Inside the coalescer 150, a metal mesh is provided, or in a variant, a synthetic woven or non-woven mesh. All of these meshes are well known in the art.

【0038】本明細書中、タービン29及び対応するバ
ケットについての様々な型式及び設計に言及した。これ
らには、個々のバケット32aがスプリットバケット形
体を持つ旧式のペルトンタービン29a(図2参照)及
びバケット32を持つ変形半バケット形タービン29
(図1参照)が含まれる。いずれの型式のインパルスタ
ービンも図1及び図9の実施例並びに図2及び図10の
変形例に適している。図3の概略図は、タービン29と
して示してあるが、タービン29及び29aの適当な一
般的な例示を行おうとするものである。
Reference has been made herein to various types and designs for the turbine 29 and corresponding buckets. These include an older Pelton turbine 29a with individual buckets 32a having a split bucket configuration (see FIG. 2) and a modified half bucket turbine 29 with buckets 32.
(See FIG. 1). Either type of impulse turbine is suitable for the embodiment of FIGS. 1 and 9 and the variants of FIGS. 2 and 10. Although the schematic diagram of FIG. 3 is shown as turbine 29, it is intended to provide a suitable general illustration of turbines 29 and 29a.

【0039】タービン29についての他の変形及び変更
の議論では、ベーンリング型又はターゴ型のタービンに
言及する。このような型式のタービンの個々のベーンは
実際上、どのような直径に配置されていてもよいが、ベ
ーン円直径がタービン29についての図示のバケット円
直径を越えて増大する場合には、ガス駆動作動モードと
関連した効率が重要である。ガス駆動式遠心分離機につ
いて、ベーンリング型タービンが好ましい。最適のベー
ン速度は、ジェット速度の半分に等しいということが知
られており、チョークドフロー(音速ジェット)に基づ
くと、ガスによって駆動されるベーンを大きな直径に亘
って配置するのが好ましい。
In the discussion of other variations and modifications of the turbine 29, reference will be made to vaning or Targo turbines. The individual vanes of such a turbine may be arranged in virtually any diameter, but if the vane circle diameter increases beyond the bucket diameter shown for turbine 29, the gas The efficiency associated with the drive mode of operation is important. For gas driven centrifuges, vane ring type turbines are preferred. It is known that the optimum vane speed is equal to half the jet speed, and based on choked flow (sonic jet), it is preferable to arrange the gas driven vanes over a large diameter.

【0040】従って、図13、図14、及び図15は、
ロータシェル162の、下縁部163と隣接した全体に
円筒形の部分162aの外面に個々のベーン161を取
り付けることによって形成されたベーンリングタービン
160を示す。各ベーン161は、凹状の衝突面164
を持つ湾曲形態を有する。この種のベーンでは、ジェッ
トノズル165は、ベーンの中心線に対して5°乃至2
0°の所定の角度で差し向けられる。この角度は、ベー
ン61の前縁角度とほぼ一致する。ジェットノズル16
5は、通路166から空気のジェットを送出する。ジェ
ットはベーンに衝突してこれを回転し、及びかくしてベ
アリングを介してシャフトに取り付けられたロータを駆
動(回転)する。
Therefore, FIG. 13, FIG. 14 and FIG.
Shown is a vane ring turbine 160 formed by attaching individual vanes 161 to the outer surface of a generally cylindrical portion 162a of a rotor shell 162 adjacent a lower edge 163. Each vane 161 has a concave impact surface 164.
And has a curved form. For this type of vane, the jet nozzle 165 may be at 5 ° to 2 ° relative to the vane centerline.
Pointed at a predetermined angle of 0 °. This angle substantially coincides with the leading edge angle of the vane 61. Jet nozzle 16
5 delivers a jet of air from passage 166. The jet impinges on and rotates the vanes, and thus drives (rotates) a rotor mounted on the shaft via bearings.

【0041】図9、図10、及び図13の遠心分離機を
ガス駆動作動するため、ガスジェットは音速(約0.9
12kg/cm2(約13psig)以上の圧力)である。運動エ
ネルギを最大に引き出すための最適のベーン速度(図1
3参照)は、ジェット速度の約0.4倍であり、これ
は、毎秒約134.112m(約440フィート)(毎
秒335.28m(1100フィート)の音速に対し
て)である。10000RPMで回転する直径18.5
42cm(7.3インチ)のロータについて、ベーン速度
(ベーン161は図13に示すように周囲に配置されて
いる)は毎秒約97.536m(約320フィート)で
ある。この速度は、最適速度よりも「低速」である。
In order to operate the centrifuges of FIGS. 9, 10 and 13 in a gas-driven manner, the gas jet has a sonic velocity (about 0.9).
12 kg / cm 2 (about 13 psig). Optimal vane speed for maximizing kinetic energy (Fig. 1
3) is about 0.4 times the jet speed, which is about 440 feet per second (for a sound speed of 1100 feet per second). 18.5 diameter rotating at 10,000 RPM
For a 42 cm (7.3 inch) rotor, the vane speed (vanes 161 are located around as shown in FIG. 13) is about 320 feet (97.536 m) per second. This speed is "slower" than the optimum speed.

【0042】図13の遠心分離機について使用されたタ
ービンのベーン(ベーンリング)の型式は、図2、図
9、及び図10の遠心分離機の実施例の変形半バケット
型式及びスプリットバケットタービン型式の代わりに使
用できる。使用されたタービンの型式、タービンの位
置、ロータの直径、駆動媒体、及びジェット速度によっ
て効率が異なる。
The type of turbine vane (vane ring) used for the centrifuge of FIG. 13 is the modified half bucket type and split bucket turbine type of the centrifuge embodiments of FIGS. 2, 9 and 10. Can be used instead of The efficiency depends on the type of turbine used, the location of the turbine, the diameter of the rotor, the drive medium and the jet speed.

【0043】本発明の別の実施例によれば、図1の定置
のジェットノズル27及び28及び図9の定置のジェッ
トノズル135及び136を、ハニカム状挿入体170
(図16参照)を各ジェットノズルの入口に位置決めす
ることによって変更する。個々の流れ孔170aは、六
角形形状の外壁によって画成されており、挿入体170
の全長に亘って延びている。挿入体170の機能は、入
口乱流をなくすか或いは少なくすることによって流れを
真っ直ぐにすることである。挿入体170を使用する
と、ノズルを出てタービンに差し向けられるジェットの
流れの一貫性及び安定性が大幅に改善される。このハニ
カム状挿入体170は、入口乱流が問題である場合に
は、ジェットノズル165と関連して使用してもよい。
According to another embodiment of the present invention, the stationary jet nozzles 27 and 28 of FIG. 1 and the stationary jet nozzles 135 and 136 of FIG.
(See FIG. 16) at the inlet of each jet nozzle. Each flow hole 170a is defined by a hexagonal outer wall, and the insert 170
Extends over the entire length of The function of the insert 170 is to straighten the flow by eliminating or reducing inlet turbulence. Use of the insert 170 greatly improves the consistency and stability of the flow of the jet exiting the nozzle and directed to the turbine. The honeycomb insert 170 may be used in conjunction with a jet nozzle 165 if inlet turbulence is an issue.

【0044】図1及び図9を更に参照し続けると、対応
する定置のジェットノズル27及び28及び135及び
136の夫々は、対応する取り付けポスト(86、8
8、140、及び143)に位置決めされ、組み立てら
れる。各取り付けポストは、その対応するジェットノズ
ルの入口と連通した内部流れ通路を画成する。図18
は、入口乱流及び挿入体170の位置決め及び機能を説
明する目的でジェットノズル及び取り付けポストを例示
する概略図である。
With continued reference to FIGS. 1 and 9, each of the corresponding stationary jet nozzles 27 and 28 and 135 and 136 has a corresponding mounting post (86, 8).
8, 140 and 143) and assembled. Each mounting post defines an internal flow passage in communication with the inlet of its corresponding jet nozzle. FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a jet nozzle and mounting post for purposes of describing inlet turbulence and positioning and function of the insert 170.

【0045】図18を更に参照すると、例示のジェット
ノズル172の中央流れ軸線171は、取り付けポスト
175の流れ通路174の中央流れ軸線173に対して
ほぼ垂直である。実際、通路174からノズル入口17
6への流れは、直角に曲がる必要がある。これによって
発生する乱流は、取り付けポストの閉鎖端177の性質
によって更に複雑になり、場合によっては、入口176
に向かって戻る逆流が発生する。
With further reference to FIG. 18, the central flow axis 171 of the exemplary jet nozzle 172 is substantially perpendicular to the central flow axis 173 of the flow passage 174 of the mounting post 175. In fact, from passage 174 through nozzle inlet 17
The flow to 6 needs to bend at a right angle. The resulting turbulence is further complicated by the nature of the mounting post closed end 177 and, in some cases, the inlet 176.
A backflow that returns toward is generated.

【0046】ジェットノズル172の入口172に乱流
が存在する(部分的には、流れが90°曲がることによ
って発生する)場合には、流出流がタービンバケット
(図1及び図9参照)に当たる前に壊れてしまう。ジェ
ットの流出流がタービンバケットに当たる前に壊れてし
まうと、タービンの効率が低下する。タービンの効率が
低いと、タービンの速度がこの特定の用途に所望の速度
よりも低くなってしまい、所望の速度を得ようとし且つ
維持するための潤滑油の圧送が高まり、動力消費が高ま
る。
If there is turbulence at the inlet 172 of the jet nozzle 172 (partially due to a 90 ° turn in the flow), then the outflow will impinge on the turbine bucket (see FIGS. 1 and 9). Will break. If the jet effluent breaks before hitting the turbine buckets, the efficiency of the turbine is reduced. Low turbine efficiency results in lower turbine speeds than desired for this particular application, increasing pumping of lubricating oil to seek and maintain the desired speed, and increasing power consumption.

【0047】最適のインパルスタービン効率に寄与する
重要な要因の一つは、タービンバケットに当たるときに
安定した一貫した液体ジェットを各ジェットノズルから
出すということであるということがわかった。流出流が
壊れると液滴として見え、ジェットノズルから出ると直
ちに扇状パターンをなして拡がり、そのためジェットの
品質が大幅に低下し、タービンの効率が低下する。流出
流の破壊により、50%乃至60%の所望の熱力学的効
率が25%乃至35%まで低下してしまう。
It has been found that one of the key factors contributing to optimal impulse turbine efficiency is to provide a stable and consistent liquid jet from each jet nozzle when hitting a turbine bucket. When the effluent is broken, it appears as droplets and spreads in a fan-like pattern immediately upon exiting the jet nozzle, thereby greatly reducing jet quality and reducing turbine efficiency. Breakdown of the effluent reduces the desired thermodynamic efficiency of 50% to 60% to 25% to 35%.

【0048】ハニカム状挿入体170により、タービン
効率が改善される。これは、タービンバケットに差し向
けられる液体ジェットの一貫性及び安定性が改善される
ためである。挿入体170は、流れがジェットノズル1
72のテーパした出口178の方向で直線状になるよう
に、流れを入口176に再度差し向ける。これにより、
更に層状の流出状態がノズルのスロートで発生し、一貫
した安定した流出ジェットを形成する。この改善によ
り、タービンの効率が大幅に向上し、これにより、低い
動力消費及び潤滑油圧送で所望の速度をもたらす遠心力
を発生できる。
[0048] The honeycomb insert 170 improves turbine efficiency. This is due to the improved consistency and stability of the liquid jet directed to the turbine bucket. The insert 170 has a flow of the jet nozzle 1
The flow is redirected to the inlet 176 so that it is straight in the direction of the 72 tapered outlet 178. This allows
Furthermore, a stratified outflow condition occurs at the throat of the nozzle, forming a consistent and stable outflow jet. This improvement significantly increases the efficiency of the turbine, which can generate a centrifugal force that provides the desired speed with low power consumption and lubricating hydraulic delivery.

【0049】挿入体170は、厚さが約8.9mm(0.
35インチ)の比較的薄いアルミニウム材から製造され
る。個々のセル170a(六角形の孔)の各々は、向き
合った平らな側部に亘って約1.09mm(0.043イ
ンチ)である。挿入体170は、入口開口部がテーパを
開始するスロートの位置までノズル172に一杯に挿入
されるような長さを備えている。挿入体170の反対端
は、図18に示すように、ノズル172の端部を越えて
通路174の内部に延びている。挿入体170の表面1
70bの外径は、約6.35mm(0.25インチ)であ
り、ジェットノズル入口176にぴったりと嵌まるよう
な大きさになっている。
The insert 170 has a thickness of about 8.9 mm (0.9 mm).
35 inches) of relatively thin aluminum material. Each of the individual cells 170a (hexagonal holes) is approximately 1.09 mm (0.043 inches) across the opposing flat sides. The insert 170 has a length such that it is fully inserted into the nozzle 172 up to the position of the throat where the inlet opening begins to taper. The opposite end of the insert 170 extends beyond the end of the nozzle 172 and into the passage 174, as shown in FIG. Surface 1 of insert 170
The outer diameter of 70b is approximately 6.35 mm (0.25 inches) and is sized to fit snugly into jet nozzle inlet 176.

【0050】挿入体170に対する随意の態様では、型
成形プラスチック(図17参照)又はZn、Mg、又は
Al等のダイカスト金属を使用することが含まれる。こ
れらの変形例の金属は、所望の層流を発生するため、上
文中に説明した長く且つ細い毛管状(円筒形)の通路1
70dを形成する。各通路170dの直径は、約0.8
6mm(0.34インチ)である。
An optional embodiment for the insert 170 includes using a molded plastic (see FIG. 17) or a die cast metal such as Zn, Mg, or Al. The metal of these variants forms the long and narrow capillary (cylindrical) passage 1 described above in order to generate the desired laminar flow.
70d is formed. The diameter of each passage 170d is approximately 0.8
6 mm (0.34 inch).

【0051】挿入体170についての他の変形例には、
ノズル入口176に取り付けた非常に粗く焼結した金属
プラグ又は織製ワイヤメッシュディスクを使用すること
が含まれる。
Other modifications of the insert 170 include:
This involves using a very coarse sintered metal plug or woven wire mesh disk attached to the nozzle inlet 176.

【0052】本発明を添付図面及び以上の説明に例示し
且つ説明したが、これらは例示であって、限定を行おう
とするものではない。好ましい実施例を示し且つ説明し
たが、本発明の範疇に含まれるその全ての変形及び変更
は保護されるのが望ましいということは理解されよう。
While the invention has been illustrated and described with reference to the accompanying drawings and the foregoing description, these are examples only and are not intended to be limiting. While a preferred embodiment has been shown and described, it will be appreciated that all variations and modifications thereof that fall within the scope of the invention are desired to be protected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の代表的な実施例によるコーン・スタッ
ク遠心分離機の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cone stack centrifuge according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図2】本発明の別の実施例によるコーン・スタック遠
心分離機の部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a cone stack centrifuge according to another embodiment of the present invention.

【図3】図1のコーン・スタック遠心分離機の部分を構
成するインパルスタービン及びこれと協働するジェット
ノズルの概略平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of an impulse turbine constituting a part of the cone-stack centrifuge of FIG. 1 and a jet nozzle cooperating therewith.

【図4】図1のコーン・スタック遠心分離機で使用され
た図3のインパルスタービンの部分として使用される変
形半バケットを正面から見た断面図である。
4 is a sectional front view of a modified half bucket used as part of the impulse turbine of FIG. 3 used in the cone stack centrifuge of FIG. 1;

【図5】図4の半バケットの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the half bucket of FIG. 4;

【図6】図1のコーン・スタック遠心分離機の一つの部
分を構成する中央シャフトを正面から見た断面図であ
る。
FIG. 6 is a front sectional view of a central shaft constituting one part of the cone stack centrifuge of FIG. 1;

【図7】図1のコーン・スタック遠心分離機の一つの部
分を構成するロータハブを正面から見た断面図である。
FIG. 7 is a front sectional view of a rotor hub constituting one part of the cone-stack centrifuge of FIG. 1;

【図8】図7のロータハブの平面図である。FIG. 8 is a plan view of the rotor hub of FIG. 7;

【図9】本発明の変形例によるコーン・スタック遠心分
離機を正面から見た断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a cone-stack centrifuge according to a modification of the present invention as viewed from the front.

【図10】本発明の別の実施例によるコーン・スタック
遠心分離機を正面から見た部分断面図である。
FIG. 10 is a partial front sectional view of a cone stack centrifuge according to another embodiment of the present invention.

【図11】図9のコーン・スタック遠心分離機の一部を
構成する中央シャフトを正面から見た断面図である。
FIG. 11 is a front sectional view of a central shaft constituting a part of the cone stack centrifuge of FIG. 9;

【図12】図9のコーン・スタック遠心分離機の一部を
構成するベースを正面から見た断面図である。
FIG. 12 is a front sectional view of a base constituting a part of the cone-stack centrifuge of FIG. 9;

【図13】本発明によるコーン・スタック遠心分離機の
部分として使用するのに適当なベーンリング型インパル
スタービンを正面から見た断面図である。
FIG. 13 is a front sectional view of a vane ring type impulse turbine suitable for use as part of a cone stack centrifuge according to the present invention.

【図14】図13のベーンリング型タービンの部分平面
図である。
14 is a partial plan view of the vane ring type turbine of FIG.

【図15】図13のベーンリング型タービンの一つのベ
ーン及び協働するノズルジェットの概略図である。
FIG. 15 is a schematic diagram of one vane and a cooperating nozzle jet of the vane ring type turbine of FIG.

【図16】本発明によるコーン・スタック遠心分離機の
部品として使用するためのジェットノズル挿入体の端面
の端面図である。
FIG. 16 is an end view of an end face of a jet nozzle insert for use as a component of a cone stack centrifuge according to the present invention.

【図17】本発明によるコーン・スタック遠心分離機の
部品として使用するための別のジェットノズル挿入体の
端面の端面図である。
FIG. 17 is an end view of another jet nozzle insert for use as part of a cone stack centrifuge according to the present invention.

【図18】例示の取り付けポスト及び図16のジェット
ノズル挿入体を組み込んだジェットノズルの縦断面図で
ある。
18 is a longitudinal sectional view of a jet nozzle incorporating an exemplary mounting post and the jet nozzle insert of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 コーン・スタック遠心分離機 21 ベース 22 ベルハウジング 23 シャフト 24 ロータハブ 25 ロータ 26 コーン・スタック 27、28 ジ
ェットノズル 27a、28a 噴流 29 変形ペル
トンタービン 32 バケット 33 ホイール 34、35 ローラーベアリング
Reference Signs List 20 cone / stack centrifuge 21 base 22 bell housing 23 shaft 24 rotor hub 25 rotor 26 cone / stack 27, 28 jet nozzle 27a, 28a jet 29 deformed Pelton turbine 32 bucket 33 wheel 34, 35 roller bearing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594110468 100 BNA Corporate Ce nter,Suite 500,Nashv ille,Tennessee 32717, U.S.A. ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 594110468 100 BNA Corporate Center, Suite 500, Nashvillle, Tennessee 32717, U.S.A. S. A.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 循環流体から粒状物を分離するためのコ
ーン・スタック遠心分離機において、 コーン・スタックと中空ロータハブとを有し、かつ、軸
線を中心として回転するように構成され且つ配置され
た、ロータと、 流体入口と、第1通路と、前記第1通路に連結された第
2通路と、中空ベースハブとを画成し、前記流体入口が
前記第1通路によって前記中空ベースハブに連結され
た、ベースアッセンブリと、 前記ベースハブに取り付けられ、且つ、前記ロータハブ
を通って延在する、シャフト中央チューブであって、前
記シャフト中央チューブの内部に、前記流体を前記第1
通路から前記コーン・スタックに送出するための通路を
有する、前記シャフト中央チューブと、 前記ロータを前記シャフト中央チューブを中心として回
転運動させるように、前記ロータハブと前記シャフト中
央チューブとの間に位置決めされた、ベアリングと、 前記ロータに取り付けられたインパルスタービンと、 前記第2通路に流れ連結され、かつ、前記ロータに順次
回転運動を伝達する前記インパルスタービンで前記流体
の噴流を指向させるように構成され且つ配置された、噴
流ノズルと、 入口乱流を減少させるために、前記噴流ノズルに組み込
まれた、流れ方向規定用の挿入体と、 を有することを特徴とする、コーン・スタック遠心分離
機。
1. A cone-stack centrifuge for separating particulate matter from a circulating fluid, the cone-stack centrifuge having a cone-stack and a hollow rotor hub, and configured and arranged to rotate about an axis. A rotor, a fluid inlet, a first passage, a second passage connected to the first passage, and a hollow base hub, wherein the fluid inlet is connected to the hollow base hub by the first passage. A shaft assembly attached to the base hub and extending through the rotor hub, wherein the fluid is disposed within the shaft center tube.
A shaft central tube having a passage for delivery from the passage to the cone stack, and a shaft positioned between the rotor hub and the shaft central tube for rotating the rotor about the shaft central tube. A bearing; an impulse turbine attached to the rotor; and an impulse turbine connected to the second passage and configured to direct the jet of the fluid by the impulse turbine that sequentially transmits rotational motion to the rotor. A cone stack centrifuge comprising: a jet nozzle and an insert for reducing the inlet turbulence, the insert being provided in the jet nozzle for defining a flow direction.
【請求項2】 前記インパルスタービンは、半バケット
状にそれぞれ設計された、複数の独立したタービンバケ
ットを有し、前記バケットは、前記流体の前記噴流によ
って作用を受けるように構成され且つ配置されている、
請求項1のコーン・スタック遠心分離機。
2. The impulse turbine includes a plurality of independent turbine buckets, each designed in the shape of a half bucket, the buckets being configured and arranged to be acted upon by the jet of the fluid. Yes,
The cone stack centrifuge of claim 1.
【請求項3】 前記流れ方向規定用の挿入体は、間隔を
置いて形成された複数の流れ孔を画成する、請求項2の
コーン・スタック遠心分離機。
3. The cone stack centrifuge of claim 2, wherein said flow direction defining insert defines a plurality of spaced apart flow holes.
【請求項4】 前記インパルスタービンは、スプリット
バケット状にそれぞれ設計された、複数の独立したター
ビンバケットを有し、前記バケットは、前記流体の前記
噴流によって作用を受けるように構成され且つ配置され
ている、請求項1のコーン・スタック遠心分離機。
4. The impulse turbine has a plurality of independent turbine buckets, each designed in the form of a split bucket, the buckets being configured and arranged to be acted upon by the jet of the fluid. The corn stack centrifuge of claim 1, wherein
【請求項5】 前記流れ方向規定用の挿入体は、間隔を
置いて形成された複数の流れ孔を画成する、請求項4の
コーン・スタック遠心分離機。
5. The cone-stack centrifuge of claim 4, wherein said flow direction defining insert defines a plurality of spaced-apart flow holes.
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